WO2007116872A1 - 水発電用合金、前記合金を用いる水発電装置、及び水発電方法 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a hydroelectric power generation alloy, an apparatus using the hydroelectric power generation alloy, and a hydroelectric power generation method using the hydroelectric power generation alloy. More specifically, the present invention relates to an alloy having a predetermined composition, a hydroelectric generator for generating electric power by bringing the alloy into contact with water, and a hydroelectric power generation method for generating power by bringing the alloy into contact with water.
- secondary batteries such as nickel-cadmium batteries, nickel-metal hydride batteries, and lithium-ion batteries, which are durable and have excellent load characteristics even when left for a long time, have been developed. Has been.
- the disaster victims can obtain damage information and relief information as appropriate, and secondary disasters can be prevented.
- 88.0 to 97.7% by weight of the total weight is composed of magnesium, alcohol, sodium and iron, and 1.7 to 8.5% by weight of the total weight.
- Composed of calcium, copper and lithium, and 0.6 to 3.5% by weight of the total weight is composed of at least three kinds of metals selected from the group consisting of nickel, titanium, tungsten and bismuth. This is an alloy for hydroelectric power generation.
- the alloy is 59.0 to 86 0 weight percent magnesium, from 10.5 to 15 5% by weight of aluminum, 0. 2 ⁇ :... LO 0 wt 0/0 of the metal sodium, and lithium for 0.2 to 3.0 wt 0/0, and a two Kkenore of 0.3 to 1.6 wt 0/0, and titanium from 0.2 to 1.3 weight 0/0, 0.1 to 0.6% by weight of tungsten, 1.0 to 3.5% by weight of iron, 1.0 to 3.5 wt% and Karushiu arm of, 0.5 to 2.0 wt 0 / It is preferable that it contains 0 copper.
- the present invention also relates to a negative electrode member made of the above alloy; a positive electrode filler; a water-absorbing separator that separates the negative electrode member and the positive electrode filler; A water power generation apparatus comprising: a current collector for collecting electric charges; and a water chamber for appropriately injecting water for power generation, at least one surface of which is constituted by a part of the separator.
- the negative electrode member is preferably a columnar or polygonal outer cylinder for filling the positive electrode member.
- the depth of the outer cylinder is not particularly limited, and the size can be freely changed according to the size of the equipment and the required power.
- the negative electrode member includes a plate shape, a rod shape, a cylindrical shape, and a polygonal column shape arranged in the positive electrode filler filled in a cylindrical or polygonal outer tube made of an insulating material. Force A member of a selected shape is preferred.
- the negative electrode member can also be used as one that constitutes the outer cylinder as described above, and can also be constituted as a simple negative electrode member after the outer cylinder is constituted by another insulating member. In this case, the number of negative electrode members to be arranged can be changed as appropriate.
- the separator is preferably a water-absorbing sheet-like member having a thickness of 2 to: LO m. If the separator is made of paper, fabric having a water absorption capacity of 100 to 200 times its dry weight, and a sheet-like material formed by laminating these, water necessary for power generation is retained for a long period of time. It becomes possible to continue power generation.
- the separator is bent on the negative electrode terminal side to form a bottom surface that encloses the positive electrode filling material, and a water chamber is formed between the bottom surface and an annular member for forming a water chamber having an opening. It can be formed. Or a sheet-like member that covers the negative electrode member and a sheet-like member that forms a bottom surface that encloses the positive electrode material, and forms a water chamber in which the positive electrode member continuously contacts water through the bottom surface. It is preferable that it is a thing.
- the current collector is preferably a carbon rod.
- the positive electrode filler used in the hydroelectric power generation device of the present invention is immersed in a treatment liquid of pH 8 to: L 1 containing ammonium ions at 35 to 50 ° C, dried, and then hydrofluoric acid.
- the activated carbon is treated with and dried.
- it contains a predetermined amount of malic acid, lemon acid and citrate.
- Activated charcoal, fuller Preferably, it is selected from the group consisting of carbon and carbon nanotubes.
- the above alloy is used as a negative electrode member, and is immersed in a treatment solution of pH 8 ⁇ : L 1 containing ammonia ions at 35 to 50 ° C, dried, and then hydrofluoric acid.
- a treatment solution of pH 8 ⁇ : L 1 containing ammonia ions at 35 to 50 ° C dried, and then hydrofluoric acid.
- Any one selected from the group consisting of activated carbon, fullerene, and carbon nanotubes that has been treated with and used as a positive electrode filling material, the negative electrode member and the positive electrode filling material are separated by a water-absorbing separator, and This is a hydroelectric power generation method in which a potential difference is generated by absorbing water and bringing the positive electrode filling material into contact with water continuously.
- the positive electrode filler is preferably separated by a sheet-like member having the same shape and size as the cross-section of the negative electrode member and having moisture retention.
- a sheet-like member having the same shape and size as the cross-section of the negative electrode member and having moisture retention.
- Examples of such a sheet-like member include paper, Japanese paper and other papers, and nonwoven fabrics made of natural or synthetic polymer resin, and the same material as the separator is preferably used.
- the present invention also uses the alloy produced as described above as a negative electrode member, a group strength consisting of a predetermined amount of malic acid, lemon acid and citrate power, at least one selected acid, and a predetermined amount of copper powder.
- This is a hydroelectric power generation method in which a material is separated from a water-absorbing separator, water is absorbed by the separator, and a potential difference is generated by continuously contacting the positive electrode filling material with water.
- the present invention uses the alloy produced as described above as a negative electrode member, and contains the above-mentioned predetermined acid, a predetermined amount of copper powder and manganese dioxide, and a predetermined amount of salt, and is in a sponge form Any one selected from the group consisting of activated carbon, fullerene, and carbon nanotubes molded into a positive electrode filling material can also be used.
- the separator covers the negative electrode member and is bent on one side thereof to form a bottom surface that encloses the positive electrode filling material, or a sheet-like member that covers the negative electrode member And a sheet-like member that forms a bottom surface surrounding the positive electrode material, and the positive electrode member is preferably in continuous contact with water through the bottom surface.
- hydroelectric power generation apparatus using the power generation alloy of the present invention as the negative electrode member and using the positive electrode filler manufactured by processing as described above, a large potential difference can be stably generated over a long period of time. Electronic devices and the like can be operated.
- a large potential difference can be stably generated over a long period of time.
- FIG. 2 is a view (No. 1) showing a manufacturing process of the power generator of the present invention.
- FIG. 3A is a view (No. 2) showing a step for manufacturing the power generating device of the present invention.
- FIG. 3B is a view (No. 3) showing a step for manufacturing the power generating device of the present invention.
- FIG. 4 is a view (No. 4) showing a step for manufacturing the power generating device of the present invention.
- FIG. 5 is a view (No. 5) showing a step for manufacturing the power generating device of the present invention.
- FIG. 6 is a view (No. 6) showing a step for manufacturing the power generating apparatus of the present invention.
- FIG. 7 is a view (No. 7) showing a step for manufacturing the power generating device of the present invention.
- FIG. 8 is a schematic diagram showing a configuration of a power generator according to another embodiment of the present invention.
- the hydropower alloy of the present invention comprises 88.0-97.7% by weight of magnesium, aluminum, sodium and iron, and 1.7 to 8.5% of the total weight.
- weight 0/0 force calcium, copper, lithium, and is composed of elements on Bisumasuka Ra becomes military Ka ⁇ et least 3 or more kinds selected, the total weight of 0.6 to 3.5 wt% nickel, titanium, And tangsten.
- LO 0 and sodium metal weight 0/0 is preferably 1. 0 to 3 5% by weight of iron..
- a combination of calcium, copper, and lithium can be preferably used. it can.
- each element described above is weighed so as to have each content and mixed in a container.
- the mixture is then heated at about 1,200-1,800 ° C for 10-30 minutes and melted into an alloy.
- the obtained alloy is formed by extrusion molding in accordance with a conventional method to obtain a tubular member having an inner diameter of about 6 to: L lmm, an outer diameter of about 10 to 14 mm, and a wall thickness of about 0.8 to about 1.4 mm.
- this tube is cut to a desired length to produce, for example, a cylindrical outer cylinder ( ⁇ 10.3 mm ⁇ 44.1 mm) having the same size as that of an AAA battery, and used as a negative electrode member. .
- this alloy may be a plate-like member having a thickness of about 0.8 to about 1.4 mm, which may be a tubular member as described above, or a linear member having a diameter of about 1 to 3 mm.
- the above alloy as a plate member is cut into a strip member having a desired width and length, and this is used as a negative electrode member.
- the alloy as a member can be cut to a desired length and used as a negative electrode member.
- the number of negative electrode members is not particularly limited, and can be increased or decreased as necessary.
- FIG. 1 shows an XZ cross-sectional view of a configuration of a power generator 10 according to an embodiment of the present invention.
- the power generator shown in FIG. 1 includes (a) a tubular negative electrode member 8 made of the above-described alloy, (b) a positive electrode filler (activated carbon) 12 immersed in an alkaline solution described later, and (c) a negative electrode.
- a water-absorbing separator 6 that separates the electrode member 8 and the positive electrode filler 12;
- a current collector 4 that collects the charge generated in the positive electrode filler 12; and (e) at least one surface is a part of the separator 6.
- a water chamber 20 for appropriately injecting water for power generation.
- the separator 6 is disposed along the inner wall of the outer cylinder manufactured as described above. It is more preferable that the separator 6 has a thickness of about 4 m, which is preferably a water-absorbing sheet-like member having a thickness of about 2 to L0 m.
- the separator 6 is selected from the group consisting of paper, fabric, nonwoven fabric, and sheet-like material formed by laminating these, having a water absorption capacity of 100 to 200 times its dry weight. It is preferable.
- the paper, fabric and non-woven fabric described above may be manufactured using Japanese paper or other natural materials, or may be manufactured using polyester or other synthetic polymers.
- Examples of such paper, fabric, nonwoven fabric, and sheet-like material formed by laminating them include Japanese paper, carbon fiber, silk, and the like made from Kozo and Mitsumata, as well as those manufactured by Mitsubishi Paper Industries Co., Ltd. Diamond span lace, Toyobo Co., Ltd. Lanseal (registered trademark) F, thick filter paper manufactured by Whatman Co., Ltd., etc. can be used.
- an activated carbon-treated material is used as the positive electrode filler used in the power generation apparatus 10.
- Activated charcoal is prepared by immersing it with a commercially available 200-300-mesh or non-reactive liquid or by mixing it with other components described below in a prescribed ratio. .
- a pH8 ⁇ : L1 solution containing ammonia ions and fluoride ions is prepared, and this solution is set at 35-50 ° C, and the activated carbon is immersed in the solution for about 15-60 minutes. Then pull it up and let it air dry. This is designated as positive electrode filler A.
- the positive electrode filler is composed of a predetermined amount of at least one acid selected from the group consisting of malic acid, lemon acid, and citrate, a predetermined amount of copper powder and manganese dioxide, and a predetermined amount of salt. It can also be prepared by mixing calcium or sodium chloride uniformly with activated carbon.
- the activated carbon treated and adjusted as described above is used as the positive electrode filler. If activated carbon made from bamboo charcoal is used, the power generation effect is high.
- (1) Sponge-like carbon sheet (PERMA-FOIL (registered trademark), Toyo Tanso Co., Ltd.) and its weight from 1Z60 to: LZlO (v / v) apple Acid, lemon acid and Uniformity of at least one acid selected from the group consisting of benzoic acid, manganese dioxide of 1Z200 to 1Z20 (w / w), calcium chloride or sodium chloride of 1Z50 to 1Z10 (w / w)
- a mixture prepared by adhering to the above and a copper net (network member) can also be used as the positive electrode filler C.
- a sheet-like member for example, paper, Japanese paper or other paper, a non-woven fabric made of natural or synthetic high molecular weight resin, a sheet-like material used as the separator described above, or the like can be used.
- the same material as the separator can be preferably used from the viewpoint of high moisture retention and manufacturing cost.
- poured in the said positive electrode member is once hold
- a certain amount of the positive electrode filler described above is filled into the negative electrode member.
- a partition member having the shape and size as described above is placed thereon, and the positive electrode member is further filled. Two or more partition walls may be used as appropriate.
- the water chamber 20 includes an inner wall of the tubular negative electrode member 8, a surface bent so that the separator 6 described later wraps the positive electrode filler 12, and an insulating member 14 (packing).
- the water chamber 20 is configured to store water injected from an opening described later.
- the power generator further includes (f) a positive electrode terminal 2 including a positive electrode portion 2a and an insulating portion 2b;
- the insulating member 14 has an opening, and when this opening force is also injected with water using a syringe or the like, the injected water enters the water chamber 20 and passes through the separator 6 that forms the bottom surface. Contact filler 12. Then, water is absorbed by the separator 6, and the entire force of the separator 6 also comes into contact with the positive electrode filler 12 to generate electric charges. The electric charges generated here are collected by the current collector 4 and taken out via the positive electrode terminal 2.
- the current collector 4 is attached to the concave portion of the positive electrode portion 2a, the insulating portion 2b is set therein, and the positive electrode terminal 2 and the current collector are set. Combine with body 4. Then, this is fitted into one end of the negative electrode member 8 (outer cylinder).
- the above-described water-absorbing separator is disposed so as to contact the inside of the positive electrode terminal 2 and to contact the inner wall of the outer cylinder 8 without a gap.
- the separator is bent so as to wrap the activated carbon 12 as the positive electrode member and forms one surface of the water chamber 20.
- the negative electrode member has a cylindrical shape that is the same size as the AAA battery.
- the negative electrode member may have the same size as that of various commercially available primary batteries and secondary batteries.
- a cylindrical or polygonal outer cylinder made of heat-resistant polyethylene, Teflon (registered trademark), aramid, or other insulating material can be used for various devices instead of these. It becomes.
- the negative electrode member has a shape selected from the group consisting of a plate shape, a rod shape, a cylindrical shape, and a polygonal column shape, and the positive electrode filler filled in the outer cylinder It can be arranged appropriately.
- An immersion liquid (about 3 L, pH 9 to 10) containing hydroxyammonium was prepared and heated to 36 to 44 ° C. using a mantle heater. Hydroxyl ammonium and hydrofluoric acid described later were purchased from Nacalai Testa Co., Ltd.
- a positive electrode filler B was prepared.
- the malic acid, the lemon acid, and the quenic acid to be used were purchased and used from Fujii Pharmaceutical Co., Ltd. and Kanto Yigaku Co., Ltd.
- Sodium chloride or As for dimanganese diacid manganese a product manufactured by Nacalai Testa Co., Ltd. was purchased and used by grinding in a mortar.
- the copper powder used was 200 to 400 mesh manufactured by Mitsuwa Chemicals.
- the positive electrode filler A or B treated as in Example 1 (2) was used as the positive electrode filler.
- a commercially available aluminum cap was purchased and used for the positive electrode terminal insulating member.
- As a current collector a carbon rod for dry batteries made by Daiichi Carbon Co., Ltd. was purchased and used.
- As a separator thick filter paper (manufactured by Whatman Co., Ltd.) was purchased and cut into a size of about 25 mm x about 36 mm.
- the positive electrode member, the positive electrode terminal insulating member, and the current collector were fitted into one end of the tubular member as shown in Fig. 2 to form a bottomed outer cylinder.
- the separator that was caulked as described above was arranged along the inner wall of the outer cylinder so that no gap was formed.
- the packing was set at a position about 5 mm away from the folded separator cover, and the annular member was placed thereon.
- a liquid insulating member was applied to insulate the outside of the outer cylinder to manufacture the hydroelectric power generation device of the present invention.
- the positive electrode filler C produced as described above was put so as to scoop the carbon rod. Next, charge the positive electrode A commercially available copper net was cut between filler C and the bottomed outer cylinder so as to be about 25 mm ⁇ about 36 mm in size, and positive electrode filler C was placed so as to spread.
- the packing, the annular member, and the like were set in the same manner as in (1-1) above, placed in a tubular insulating member, and the outside of the outer cylinder was insulated to produce the hydroelectric power generator of the present invention.
- barrier rib member o
- the same material as the above separator is cut into the same shape and size as the cross section of the negative electrode member to make the barrier rib o member, and the positive electrode filler is filled as described below.
- a water power generation apparatus provided with a partition wall member o was manufactured.
- the positive electrode filler to be filled in the negative electrode member was roughly divided into 1/3. First, the first 1/3 was filled in the same manner as in the above (1). One partition member as described above was placed on this, and the next 1/3 of the positive electrode filler was filled thereon. Thereafter, the remaining positive electrode filler was filled.
- Example 2 Using the alloy produced in Example 1 and the positive electrode filler A or B treated as described above, five each of the AAA battery-size hydroelectric generators were produced according to the procedure shown in Example 2. Using an ammeter (Akizuki Electronics Co., Ltd.), the current was measured. The current was measured by connecting a 1 ⁇ resistor between the ammeter and the hydroelectric generator. The results are shown in Table 2.
- Positive electrode filler A Positive electrode filler B
- Example 2 the power generation time of the hydroelectric power generator of the present invention manufactured according to the procedure shown in Example 2 was measured. This measurement was performed while comparing with a control, using as an index the force with which a commercially available LED lamp does not burn in hours. Two commercially available Manganese batteries (AA) were used as controls.
- AA Manganese batteries
- the lighting time of the LED is gradually shortened, and after the water injection loca injects several drops of water after it has stopped lighting, the light is turned on again. For this reason, the above experiment was repeated until the LED did not light up completely.
- Table 3 The amount of current generated in the power generator of the present invention was 180 mA. In Table 3, one indicates that the LED is not lit.
- the LED was not lit in 27 hours for the first time.
- the LED continued to be turned on until the accumulated time was approximately 250 hours, repeating that it would turn on again when water was injected when the LED ran out.
- the power lighting time in which almost the same tendency was recognized was about 2/3 of that of Invention Example 1.
- the hydroelectric power generation device using the hydroelectric power generation alloy of the present invention can generate electric power for a long time if it comes into contact with water, so it can only be used in place of dry batteries in various household appliances. It is also useful in the operation of facilities and equipment that require electricity in the affected areas, or in the search for mountain accidents or marine accidents by installing them in life jackets and transmitters.
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Abstract
総重量の88.0~97.7重量%が、マグネシウム、アルミニウム、ナトリウム及び鉄で構成され、総重量の1.7~8.5重量%が、カルシウム、銅及びリチウムで構成され、総重量の0.6~3.5重量%がニッケル、チタン、タングステン、及びビスマスからなる群から選ばれる少なくとも3種類以上の金属で構成されることを特徴とする、水発電用合金、及び前記合金を用いた発電装置を提供する。これによって、水と接触することにより、長時間の発電が可能な小型の発電装置を製造することができる。
Description
明 細 書
水発電用合金、前記合金を用いる水発電装置、及び水発電方法 技術分野
[0001] 本発明は、水発電用合金、前記水発電用合金を用いた装置、及び前記水発電用 合金を用いた水発電方法に関する。より詳細には、所定の組成を有する合金、前記 合金を水と接触させることによって電力を発生させるための水発電装置、及び前記合 金と水とを接触させて発電を行う水発電方法に関する。
背景技術
[0002] 従来、乾電池としては、トランジスタラジオの普及に伴 、、ポータブルラジオ用に使 用されてきたマンガン電池の放電性能、耐漏液性能等の高性能化が求められ、高性 能マンガン乾電池、アルカリマンガン乾電池等が開発された。また、クォーツ腕時計 やゲーム関連商品に使用されていた酸ィ匕銀電池についても改良が進められ、アル力 リボタン電池やリチウム一次電池が開発された。
[0003] 一方、丈夫で長時間放置しても性能低下が少なぐ負荷特性に優れるニカド電池 やニッケル水素電池、リチウムイオン電池等の二次電池が開発され、電動工具ゃコ 一ドレス電話に使用されている。
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0004] これらの電池は、小電力でラジオ、腕時計、電卓その他の小型電子機器等の用途 で使用する上では、優れたものである。
しかし、これらの放電電圧は最も高いリチウムイオン電池で 3. 7Vであり、使用でき る機械 ·器具はある程度限定されている。また、充電して繰り返し使用できるとはいえ
、全く送電設備のない僻地や送電設備が破壊された被災地等では、必要とされる機 器類を稼動させるには不十分である。
[0005] さらに、使用済となると重金属が含有されているために他のごみとは別に回収する ことが必要であり、十分な回収体制がないと環境面で問題が生じるといわれている。 また、電子機器の高機能化と小型化とが進んだことに伴い、電池や小型の発電装
置に対する要請が大きくなつている。
[0006] また、近年、発生が続 、て 、る大地震、これに伴う津波等の被災地では、送電設備 が破壊されていることが多ぐ被災者が被害情報や救援情報を入手することが難しい 。ポータブルラジオが手元にあつたとしても、電池の寿命を考えると常時つけておくこ とはできず、また、充電式のものであっても、送電設備が破壊されていれば、充電す ることができないため、状況は変わらない。
こうした場合に、長時間使用することができる発電装置があれば、被災者が適宜、 被害情報や救援情報を入手することができ、二次災害を防ぐことができる。
したがって、防災の面からも、小型の発電装置に対する要請は強い。
[0007] また、携帯電話についても、機種によっては電源をオフにしていても電池残量が減 少するため、しばしば充電しなければならず、より容量の大きな電池の開発が望まれ ている。
課題を解決するための手段
[0008] 本発明の発明者は、以上のような状況の下で鋭意研究を進め、所定の成分を含有 する合金を開発し、この合金を水と反応させることによって高 、放電電圧が得られる ことを見出し、本発明を完成したものである。本発明は、水と接触することによって長 時間の発電が可能な合金、その合金を使用した小型の発電装置及び発電方法を提 供することを目的とする。
[0009] すなわち、本発明は、総重量の 88. 0〜97. 7重量%が、マグネシウム、ァノレミ-ゥ ム、ナトリウム及び鉄で構成され、総重量の 1. 7〜8. 5重量%が、カルシウム、銅及 びリチウムで構成され、総重量の 0. 6〜3. 5重量%がニッケル、チタン、タングステン 、及びビスマスカゝらなる群カゝら選ばれる少なくとも 3種類以上の金属で構成されること を特徴とする、水発電用合金である。
[0010] ここで、上記合金は、 59. 0〜86. 0重量%のマグネシウムと、 10. 5〜15. 5重量 %のアルミニウムと、 0. 2〜: LO. 0重量0 /0の金属ナトリウムと、 0. 2〜3. 0重量0 /0のリ チウムと、 0. 3〜1. 6重量0 /0の二ッケノレと、 0. 2〜1. 3重量0 /0のチタンと、 0. 1〜0. 6重量%のタングステンと、 1. 0〜3. 5重量%の鉄と、 1. 0〜3. 5重量%のカルシゥ ムと、 0. 5〜2. 0重量0 /0の銅と、を含むものであることが好ましい。
[0011] また、本発明は、上記の合金で作製した負極部材と;正極充填材と;前記負極部材 と前記正極充填材とを隔離する吸水性のセパレータと;前記正極充填材において発 生した電荷を集める集電体と;少なくとも一面が前記セパレータの一部で構成されて いる発電用の水を適宜注入するための水室と、を備える水発電装置である。
[0012] ここで、前記負極部材は、前記正極部材を充填するための円柱状又は多角形状の 外筒であることが好ましい。本発明の発電装置においては、外筒の深さは特に限定 されず、機器類の大きさや必要な電力に応じて、自由に大きさを変えることができる。
[0013] また、前記負極部材は、絶縁材料で構成された円柱状又は多角形状の外筒中に 充填された前記正極充填材中に配置される板状、棒状、筒状及び多角柱状からなる 群力 選ばれる形状の部材であることが好ましい。前記負極部材は、上記のように外 筒を構成するものとして使用することもでき、外筒を別の絶縁部材で構成した上で、 単なる負極部材として構成することもできる。また、この場合には、配置する負極部材 の数を適宜変更することもできる。
[0014] さらに、前記セパレータは、 2〜: LO mの厚みを有する、吸水性のシート状部材で あることが好ましい。前記セパレータを、その乾燥重量の 100〜200倍の吸水能を有 する紙、布帛及びこれらを積層して形成されるシート状素材とする構成をとると、発電 に必要な水が長期間にわたって保持され、発電を続けることが可能となる。
[0015] また、前記セパレータは、前記負極端子側で折り曲げられて、前記正極充填材料を 包む底面を形成し、前記底面と開口部を有する水室形成用の環状部材との間に水 室を形成するものとすることができる。または、前記負極部材を被覆するシート状部材 及び前記正極材料を包む底面を形成するシート状部材とから構成され、前記底面を 介して前記正極部材が水と持続的に接触する水室を形成するものであることが好ま しい。また、前記集電体は炭素棒であることが好ましい。
[0016] 本発明の水発電装置で使用する正極充填材は、アンモニゥムイオンを含有する pH 8〜: L 1の 35〜50°Cの処理液で浸漬処理し、乾燥した後、フッ素水素酸で処理し、乾 燥した活性炭であることが好ましい。また、所定量のリンゴ酸、レモン酸及びクェン酸 力らんある群力 選ばれる少なくとも 1種類の酸、所定量の銅粉及び二酸化マンガン 、並びに所定量の塩ィ匕カルシウム又は塩ィ匕ナトリウムを含有する、活性炭、フラーレ
ン、カーボンナノチューブからなる群から選ばれる 、ずれかのものであることが好まし い。
[0017] また、ここで、前記正極充填材は、所定量のリンゴ酸、レモン酸及びクェン酸力 な る群力も選ばれる 1種類の酸、所定量の銅粉及び二酸ィ匕マンガン、並びに所定量の 塩ィ匕カルシウム又は塩ィ匕ナトリウムを含有し、かつスポンジ状に成形された活性炭、 フラーレン、カーボンナノチューブからなる群から選ばれる 、ずれかのものであること が好ましい。
[0018] 本発明はさらにまた、上記の合金を負極部材とし、アンモ-ゥムイオンを含有する p H8〜: L 1の 35〜50°Cの処理液で浸漬処理し、乾燥した後、フッ素水素酸で処理し、 乾燥した活性炭、フラーレン、カーボンナノチューブからなる群から選ばれるいずれ かのものを正極充填材料とし、前記負極部材と前記正極充填材料とを吸水性のセパ レータで隔離し、前記セパレータに吸水させて、前記正極充填材料を水と持続的に 接触させることによって電位差を発生させる、水発電方法である。
[0019] 前記正極充填材は、負極部材の断面と同じ形状と大きさとを有し、かつ保湿性を備 えるシート状部材で隔てられていることが好ましい。こうしたシート状部材としては、洋 紙、和紙その他の紙、天然又は合成の高分子榭脂からなる不織布等を挙げることが でき、前記セパレータと同じ素材を使用することが好ましい。
このような構成とすることによって、前記正極部材中への水の拡散が均一となり、高 Vヽ電位差を得ることが可能となる。
[0020] 本発明はまた、上記のようしにして製造した合金を負極部材とし、所定量のリンゴ酸 、レモン酸及びクェン酸力 なる群力 選ばれる少なくとも 1種類の酸、所定量の銅粉 及び二酸化マンガン、並びに所定量の塩ィ匕カルシウム又は塩ィ匕ナトリウムを含有す る活性炭、フラーレン、カーボンナノチューブ力もなる群力 選ばれるいずれかのもの を正極充填材料とし、前記負極部材と前記正極充填材料とを吸水性のセパレータで 隔離し、前記セパレータに吸水させて、前記正極充填材料を水と持続的に接触させ ることによって電位差を発生させる、水発電方法である。
上記のような水発電方法を採用することによって、所望の電位差を長時間にわたつ て得ることが可能となる。
[0021] また、本発明は、上述したように製造した合金を負極部材とし、上述した所定の酸、 所定量の銅粉及び二酸ィ匕マンガン、並びに所定量の塩を含有し、スポンジ状に成形 された活性炭、フラーレン、カーボンナノチューブからなる群から選ばれるいずれか のものを正極充填材料として使用することもできる。
[0022] ここで、前記セパレータは、前記負極部材を被覆し、その一方の側で折り曲げられ て、前記正極充填材料を包む底面を形成するか、又は前記負極部材を被覆するシ ート状部材及び前記正極材料を包む底面を形成するシート状部材とから構成され、 前記底面を介して前記正極部材が水と持続的に接触する、ことが好ましい。
発明の効果
[0023] 本発明の発電用合金によれば、水と接触させるだけで電位差を発生させることがで きるという効果を奏する。
また、本発明の発電用合金を負極部材として使用し、上記のように処理して製造し た正極充填材を使用する水発電装置によれば、長時間にわたって大きな電位差を 安定して発生させることができ、電子機器等を稼動させることができる。
さらに、本発明の水発電方法によれば、長時間にわたって大きな電位差を安定して 発生させることができる。
図面の簡単な説明
[0024] [図 1]本発明の一実施形態に係る発電装置の断面図を示す図である。
[図 2]本発明の発電装置の製造工程を示す図(その 1)である。
[図 3A]本発明の発電装置の製造工程を示す図(その 2)である。
[図 3B]本発明の発電装置の製造工程を示す図(その 3)である。
[図 4]本発明の発電装置の製造工程を示す図(その 4)である。
[図 5]本発明の発電装置の製造工程を示す図(その 5)である。
[図 6]本発明の発電装置の製造工程を示す図(その 6)である。
[図 7]本発明の発電装置の製造工程を示す図(その 7)である。
[図 8]本発明の他の実施形態に係る発電装置の構成を示す模式図である。
発明を実施するための最良の形態
[0025] 以下、本発明の水発電用合金の実施形態を、説明する。
本発明の水発電用合金は、上述したように、総重量の 88. 0-97. 7重量%が、マ グネシゥム、アルミニウム、ナトリウム及び鉄で構成され、総重量の 1. 7〜8. 5重量0 /0 力 カルシウム、銅、リチウム、及びビスマスカゝらなる軍カゝら選ばれる少なくとも 3種以 上の元素で構成され、総重量の 0. 6〜3. 5重量%がニッケル、チタン、及びタングス テンで構成されるものである。
上記の合金を構成する元素の組成比が、上述の数値の範囲外である場合には、発 生する電位差が不十分となることによる。
[0026] また、マグネシウム、アルミニウム、ナトリウム及び鉄の糸且成比は、 59. 0〜86. 0重 量0 /0のマグネシウムと、 10. 5〜15. 5重量%のアルミニウムと、 0. 2〜: LO. 0重量0 /0 の金属ナトリウムと、 1. 0〜3. 5重量%の鉄であることが好ましい。
[0027] また、 0. 2〜3. 0重量0 /0のリチウムと、 0. 3〜1. 6重量0 /0の二ッケノレと、 0. 2〜1. 3 重量%のチタンと、 0. 1〜0. 6重量%のタングステンと、 1. 0〜3. 5重量%のカルシ ゥムと、 0. 5〜2. 0重量%の銅とを含むものであることが好ましい。
ここで、カルシウム、銅、リチウム、及びビスマスカ なる群力 選ばれる少なくとも 3 種類以上の組合せとしては、発生する電荷が大きいことから、カルシウム、銅及びリチ ゥムという組合せを、好適に使用することができる。
[0028] 上述した本発明の合金は、以下のようにして製造することができる。
最初に、 lOOgの合金を製造する場合を例に挙げて説明する。まず、上述した各元 素をそれぞれの含有量となるように秤量し、容器中にて混合する。ついで、この混合 物を約 1, 200-1, 800°Cにて 10分〜 30分間加熱し、溶融して合金とする。
[0029] 得られた合金を、常法に従って押し出し成型により成型し、内径約 6〜: L lmm、外 径約 10〜14mm、肉厚約 0. 8〜約 1. 4mmの管状部材とする。ついで、この管を所 望の長さに切断して、例えば、単 4電池と同様の大きさの円筒状の外筒( φ 10. 3m m X 44. 1mm)を製造し、負極部材とする。
[0030] なお、この合金は、上記のように管状部材としてもよぐ肉厚約 0. 8〜約 1. 4mmの 板状部材や、直径約 l〜3mmの線状部材としてもよい。上記の金属やそれ以外の金 属で外筒を製造したときに、例えば、板状部材とした上記の合金を所望の幅と長さを 有する短冊状部材に切断し、これを負極部材として使用することもできる。また、線状
部材とした上記合金を所望の長さに切断し、負極部材として使用することもできる。こ の場合には、負極部材の数は特に限定されず、必要に応じて増減させることができる
[0031] 次に、本発明の水発電用合金を使用した水発電装置の一実施形態について、図 1 〜図 7を参照しつつ説明する。
図 1には、本発明の一実施形態に係る発電装置 10の構成が XZ断面図にて示され ている。図 1に記載の発電装置は、(a)上述した合金で作製した管状の負極部材 8と 、(b)後述するアルカリ性の溶液で浸漬処理した正極充填材 (活性炭) 12と、(c)負 極部材 8と正極充填材 12とを隔離する吸水性のセパレータ 6と、 (d)正極充填材 12 において発生した電荷を集める集電体 4と、(e)少なくとも一面がセパレータ 6の一部 で構成されて 、る発電用の水を適宜注入するための水室 20と、を備えて 、る。
[0032] ここで、管状の負極部材 8は、上述のように、肉厚約 0. 6〜約 1. 4mmの管状部材 とすることができる。この負極部材 8は、本実施形態では単 4の乾電池と同じ大きさの 円筒としている。
[0033] また、集電体 4としては、例えば、直径が 1. 2〜1. 5mmの市販の炭素棒を使用す ることができる。具体的には、第一カーボン (製)の乾電池用炭素棒等を使用すること ができる。なお、集電体としては、炭素棒の他、ステンレス棒、エボナイト棒等も使用 することができる。
[0034] また、セパレータ 6は、上述のようにして製造される外筒の内壁に沿って配置される 。セパレータ 6は、約 2〜: L0 mの厚みを有する吸水性のシート状部材であることが 好ましぐ約 4 mの厚みを有するものであることが、さらに好ましい。
[0035] また、上記のセパレータ 6は、その乾燥重量の 100〜200倍の吸水能を有する紙、 布帛、不織布及びこれらを積層して形成されるシート状素材からなる群から選ばれる いずれかのものであることが好ましい。上記の紙、布帛及び不織布は、和紙その他の 天然素材を用いて製造されたものであってもよぐポリエステルその他の合成高分子 を用いて製造されたものであってもょ 、。
[0036] これらを積層して形成されるシート状素材は、和紙その他の天然素材を用いて製造 されたもの同士、又は成高分子を用いて製造されたもの同士を積層したものであって
もよぐ天然素材を用いて製造されたものと合成高分子を用いて製造されたものとを 積層して形成されたものであってもょ 、。
上述した厚みと吸水能を有する紙、布帛及び不織布並びにこれらを積層して形成 されるシート状素材を使用することが、上述した合金に鲭を発生させることなく水との 接触を維持する上で好まし ヽ。
[0037] こうした紙、布帛、不織布及びこれらを積層して形成されるシート状素材としては、 例えば、コゥゾやミツマタを原料とする和紙、炭素繊維、シルク等の他、三菱製紙 (株 )製のダイヤスパンレース、東洋紡 (株)のランシール (登録商標) F、ワットマン株式会 社製の厚手のろ紙等を使用することができる。
[0038] 本発電装置 10で使用する正極充填材には、活性炭を処理したものを使用する。活 性炭は、巿販されている 200〜300メッシュのものを購入してもよぐァノレカリ'性の液 体で浸漬処理するか、後述する他の成分と所定の割合で混合して調製する。
具体的には、アンモ-ゥムイオンとフッ素イオンとを含有する pH8〜: L1の溶液を調 製し、この溶液を 35〜50°Cとして、その中に上記の活性炭を約 15〜60分浸漬し、 その後引き上げて自然乾燥させる。これを正極充填材 Aとする。
[0039] またこの正極充填材は、所定量のリンゴ酸、レモン酸及びクェン酸力 なる群から 選ばれる少なくとも 1種類の酸、所定量の銅粉及び二酸ィ匕マンガン、並びに所定量 の塩ィ匕カルシウム又は塩ィ匕ナトリウムを、活性炭と均一になるように混合することによ つて調製することもでさる。
具体的には、まず、活性炭の 1Z60〜: LZ10量 (v/v)のリンゴ酸、レモン酸及びク ェン酸カゝらなる群カゝら選ばれる少なくとも 1種類の酸と、活性炭とを混合して攪拌する 。ついで、この混合物に、 1Z200〜1Z20量 (w/w)の二酸化マンガン、 1Z50〜1 /10量 (w/w)の塩ィ匕カルシウム又は塩ィ匕ナトリウムを加えて均一になるように攪拌し 、これを正極充填材 Bとする。
以上のようにして処理、調整した活性炭を、正極充填材として使用する。なお、竹炭 から製造した活性炭を使用すると、発電効果が高い。
[0040] なお、正極充填材として、(1)スポンジ状の炭素シート(PERMA— FOIL (登録商 標),東洋炭素 (株))に、その重量の 1Z60〜: LZlO(v/v)のリンゴ酸、レモン酸及
びクェン酸からなる群から選ばれる少なくとも 1種類の酸と、 1Z200〜1Z20量 (w/ w)の二酸化マンガン、 1Z50〜1Z10量 (w/w)の塩化カルシウム又は塩化ナトリウ ムを均一になるように混合した混合物を付着させたもの、及び銅製のネット (網状部 材)を正極充填材 Cとして使用することもできる。
[0041] 前記正極充填材を負極部材に充填する際に、負極部材の断面と同じ形状と大きさ とを有し、かつ保湿性を備えるシート状部材である隔壁用部材で隔てるような構成と することちでさる。
こうしたシート状部材には、例えば、洋紙、和紙その他の紙、天然又は合成の高分 子榭脂からなる不織布、上述したセパレータとして使用されるシート状素材等を使用 することができる。
[0042] これらのうち、保湿性の高さ及び製造コストの面から、前記セパレータと同じ素材を 好適に使用することができる。
そして、このような構成とすることによって、前記正極部材中へ注入された水は隔壁 用部材に一旦保持され、その後、正極充填材中に拡散する。これによつて、正極部 材中における水の拡散がより均一となり、高 、電位差を得ることができるようになる。
[0043] 具体的には、まず、一定量の上述した正極充填材を負極部材中に充填する。その 上に前記のような形状と大きさとを有する隔壁用部材を載せ、さらに前記正極部材を 充填する。隔壁用部材は、 1枚だけとしてもよぐ 2枚以上を適宜使用してもよい。
[0044] 水室 20は、管状の負極部材 8の内壁と、後述するセパレータ 6が正極充填材 12を 包むように折り曲げられた面と、絶縁部材 14 (パッキング)とで構成されている。この 水室 20には、後述する開口部から注入された水が溜められるようになつている。
[0045] 前記発電装置は、さらに、(f)正極部 2aと絶縁部 2bとから構成される正極端子 2と、
(g)開口部を有する絶縁部材 14と、(h)正極端子と反対側に取り付けられる、開口部 を有し、かつ負極部材 8と電気的に導通して 、る負極端子 16とを備えて 、る。
[0046] 絶縁部材 14は開口部を有し、この開口部力もシリンジ等を用いて水を注入すると、 注入された水はこの水室 20に入り、上記底面を形成するセパレータ 6を介して正極 充填材 12に接触する。そして、セパレータ 6によって吸水されてセパレータ 6の全面 力も前記正極充填材 12と接触し、電荷を発生させることになる。
ここで発生した電荷は、集電体 4で集電され、正極端子 2を経由して取り出されるこ とになる。
[0047] この発電装置 10を製造するに際しては、まず、図 2に示すように、正極部 2aの凹部 に集電体 4を取り付け、ここに絶縁部 2bをセットし、正極端子 2と集電体 4とを組み合 わせる。ついで、これを負極部材 8 (外筒)の一方の端にはめ込む。
[0048] 次に、図 3Aに示すように、正極端子 2の内側に接し、かつ外筒 8の内壁と隙間なく 接触するように、上述した吸水性のセパレータを配置する。そして、前記セパレータ は、図 1に示すように、正極部材である活性炭 12を包むように折り曲げられるとともに 水室 20の一面を形成することになる。
[0049] 引き続き、上述のように処理した正極充填材 12 (活性炭)を、上記の状態となってい る外筒中に所定量入れ、セパレータ 6の端を折り曲げて活性炭を包み込む。次いで、 開口部を有する絶縁部材 14 (パッキング)と、開口部を有する負極端子 16とを順番 にセットし、外筒の外側を絶縁材料で絶縁し、本実施形態の発電装置 10とする。 なお、正極充填材 Cを用いた場合を、図 8に模式的に示した。
[0050] なお、本実施形態では、負極部材を単 4電池と同じ大きさの円筒形としたが、市販 の各種一次電池や二次電池と同じ大きさとすることもできる。この場合には、耐熱性 ポリエチレン、テフロン (登録商標)、ァラミドその他の絶縁材料で構成された円柱状 又は多角形状の外筒とすることによって、これらに代えて各種の機器に使用すること が可能となる。
[0051] また、こうした絶縁材料で外筒を構成した場合には、負極部材を板状、棒状、筒状 及び多角柱状からなる群から選ばれる形状とし、外筒中に充填された正極充填材中 に、適宜配置することができる。
実施例
[0052] 以下に、本発明の発電装置について、実施例を用いて詳細に説明する。なお、本 発明は、以下の実施例に何ら制限されるものではない。
[0053] (実施例 1)水発電用合金及び集電材の調製
(1)水発電用合金の調製
各元素を、表 1に示す量で秤量して容器中に順次入れで攪拌し、混合物とした。こ
れらの金属はいずれも、市販品を使用した。
ついで、この混合物を約 1, 200°Cにて 15分間加熱し、合金 1を得た。この合金を 常法に従って押し出し成型により、内径 7. 2mm,外径 10. 4mmの中空棒とし、長さ 44mmの筒状に切断して、外筒とした。
[0054] [表 1] 金属 i 合金組成 ( g )
M g 7 8 . 0
A 1 9 . 0
N a 0 . 6
し i 2 . 0
N i 1 . 4
T i 1 . 1
W 0 . 4
F e 3 . 0
C a 3 . 2
C u 1 . 3
[0055] (2)正極充填材の調製
(2— 1)正極充填材 Aの調製
水酸ィ匕アンモ-ゥムを含有する浸漬液 (約 3L、 pH9〜10)を調製し、マントルヒータ 一を用いて 36〜44°Cに加温した。水酸ィ匕アンモ-ゥム及び後述するフッ化水素酸 は、ナカライテスタ (株)より購入した。
ついで、この中に市販の活性炭 500g (フタムラ化学 (株)製、 200〜300メッシュ)を カロえて、上記の浸漬液に約 20〜45分間浸漬し、その後引き上げて自然乾燥させた 。これをとフッ化水素酸を含有する浸漬液 (約 3L)に浸潰して自然乾燥させ、正極充 填材 Aを調整した。
[0056] (2— 2)正極充填材 Bの調製
600gの活性炭に、活性炭重量の 1Z20量のリンゴ酸、レモン酸、又はクェン酸の 粉末、 lgの銅の粉末、及び 0. 5gの塩ィ匕ナトリウム又は二酸ィ匕マンガンをカ卩えて混合 し、正極充填材 Bを調製した。ここで、使用するリンゴ酸、レモン酸、クェン酸は、藤井 薬品工業 (株)、関東ィ匕学 (株)のものを購入し、使用した。また、塩化ナトリウム又は
二酸ィ匕マンガンは、ナカライテスタ (株)製のものを購入し、乳鉢で摺りつぶして使用 した。銅粉末は、三津和化学薬品 (株)製の 200〜400メッシュのものを使用した。
[0057] (3)正極充填剤 Cの調製
厚みが約 5mmスポンジ状のシートを約 25mm X約 36mmの大きさに切断し、ここ に上記シートの重量の 1Z20量のリンゴ酸、レモン酸、又はクェン酸の粉末、 1/600 重量%の銅粉末、その半分量の塩ィ匕ナトリウム又は二酸ィ匕マンガンを混合したものを 付着させた。この正極充填剤と、その外側に配置する、市販の銅製のネットを正極充 填材 Cとした。
[0058] (実施例 2)水発電装置の製造
(1)隔壁用部材なしの水発電装置の製造
(1 1)正極充填剤 A又は Bを用いた水発電装置の製造
正極充填材として実施例 1 (2)のように処理した正極充填材 A又は Bを使用した。ま た、正極端子用絶縁部材には、市販のアルミニウムキャップを購入して使用した。集 電体として、第一カーボン (株)製の乾電池用炭素棒を購入して使用した。セパレー タとしては、厚手のろ紙 (ワットマン (株)製)を購入し、約 25mm X約 36mmの大きさ に切断して使用した。
[0059] 開口部を有する絶縁部材 (パッキング)及び開口部を有する負極部材 (環状部材) は、市販品を購入して使用した。
[0060] 上記の正極部材、正極端子用絶縁部材、集電体を、上記の管状部材の一端に図 2 に示すようにはめ込み、有底外筒とした。ついで、この外筒の内壁に沿って、上記の ようにカ卩ェしたセパレータを隙間が生じな 、ように配置した。
[0061] この有底円筒内に、実施例 1のように処理した活性炭を約 18〜20g入れ、セパレー タの端を折り曲げて、活性炭がこぼれな!/、ように包み込んだ。
[0062] 次に、上記のパッキングを、折り曲げられたセパレータカ 約 5mm離れた位置にセ ットし、上記の環状部材をその上に載せた。液状の絶縁部材を塗布してこの外筒の 外側を絶縁し、本発明の水発電装置を製造した。
[0063] (1 - 2)正極充填剤 Cを用 V、た水発電装置の製造方法
上述のようにして作製した正極充填剤 Cを炭素棒を卷くように入れた。次に、正極充
填剤 Cと、有底外筒との間に、市販の銅製の網を約 25mm X約 36mmの大きさにな るように切断して、正極充填剤 Cを卷くように入れた。
パッキング、環状部材等は上記(1— 1)と同様にしてセットし、チューブ状の絶縁部 材の中に入れて、この外筒の外側を絶縁し、本発明の水発電装置を製造した。
[0064] (2)隔壁用部材を設けた水発電装置の製造
隔壁用部材として、 o上記のセパレータと同じ素材を、負極部材の断面と同じ形状及 び大きさに切断して隔壁用 o部材とし、下記の通りに正極充填材を充填する以外は上 記(1)と同様にして、隔壁用部材 o を設けた水発電装置を製造した。
次いで、前記の負極部材中に充填する正極充填材を、概ね 1/3に分け、まず、最 初の 1/3を上記(1)と同様に充填した。ここに上記のようにした隔壁用部材を 1枚載 せ、この上に、正極充填材の次の 1/3を充填した。その後、残りの正極充填材を充填 した。
[0065] (実施例 3)発電装置の評価
(1)電位差の測定
実施例 1で製造した合金、及び上述したように処理した正極充填材 A又は Bを用い て、実施例 2に示す手順に従い、単 4電池サイズの水発電装置をそれぞれ 5個ずつ 製造した。電流計 (秋月電子 (株)製)を用いて、電流の測定を行った。なお、電流は 、電流計と水発電装置との間に 1ΚΩの抵抗をつないで測定を行った。結果を表 2に 示す
[0066] [表 2]
測定値 (m A )
No.
正極充填材 A 正極充填材 B
1 7 1. 5 248. 1
2 255. 2
3 74. 1 246. 7
4 253. 5
5 251. 9
平均士 S . D. 281 . 1 土 3. 21 表 2に示すように、正極充填材 Aを使用した場合には、約 70. 8± 2. 01mA,正極 充填材 Bを使用した場合には、約 281. 1 ± 3. 21mAの電流値を有することが示され
た。
[0068] (2)発電時間の測定
実施例 1で製造した合金を用いて、実施例 2に示す手順に従って製造した本発明 の水発電装置の発電時間を測定した。この測定は、市販の LEDランプが何時間で つかなくなる力を指標として、対照と比較をしながら行った。対照には、市販のマンガ ン電池(単 4) 2本を使用した。
[0069] 本発明の発電装置では、 LEDの点灯時間が次第に短くなり、ー且、点灯しなくなつ た後に、注水ロカも水を数滴注入すると、再度点灯するようになった。このため、 LE Dが完全に点灯しなくなるまで、上記の実験を繰り返した。結果の一部を表 3に示す 。なお、本発明の発電装置で発生する電流量は、 180mAであった。表 3中、一は L EDが点灯しな 、ことを表す。
[0070] [表 3]
回数 消灯までの時間 (時間
対照 ί本発明例 1 ί本発明例 2
; (正極充填剤 A ) ! (正極充填剤 Β )
1 2 3 1 2 7 1 2 0
2 ; 2 2 ! 1 8
3 ― ! 1 8 ! 1 3
4 ― 1 1 4 ! 1 0
5 ; 1 0 i 7
6 1 6 . 5 1 4
7 ! 3 ! 1
8 ― [ 2 2 * 1 1
9 ― ! 1 8 1 1 3 . 5
1 0 ! 1 3 1 8
1 1 ! 8 . 5 ! 6
1 2 ― [ 4 1 3
1 3 ― ! 0 . 5 ! ―
1 4 ! 1 8 * ! 1 2 *
1 5 1 1 4 1 9 . 5
1 6 ; 9 . 5 ! 6
1 7 ― ! 5 . 5 ! 3
1 8 ― ! 1 \ ―
1 9 1 1 6 * 1 1 1 *
2 0 ; 1 0 . 5 ; 7
2 1 1 5 1 3 . 5
[0071] 表 3に示すように、マンガン電池では、 23時間で LEDが点灯しなくなり、翌日、 2回 目の実験を行うと、 LEDは一瞬点灯し、すぐに消灯した。
一方、本発明例 1の発電装置では、初回は、 27時間で LEDが点灯しなくなつたが
、点灯しなくなった時点で数滴の水を注入(* )すると、再度、点灯するようになった。 点灯持続時間は、 2回目で 22時間、 3回目で 18時間、というように次第に短縮されて ゆき、 7回目には、点灯から 3時間を経過したときに消灯した。
[0072] この時点で数滴の水を注入すると、 LEDは再び点灯するようになり、 LEDは、 22時 間点灯し続けた。上記と同様に、 LEDの点灯時間は次第に短くなつたが、 6回目まで 点灯が続いた。
これ以降も、 LEDが点かなくなったときに水を注入すると再度点灯するようになるこ とを繰り返しながら、積算時間約 250時間まで、 LEDの点灯が続いた。
本発明例 2の発電装置においても、ほぼ同様の傾向が認められた力 点灯時間は 本発明例 1の約 2/3程度であった。
産業上の利用可能性
以上説明したように、本発明の水発電用合金を使用した水発電装置は、水と接触 すれば長時間にわたって発電を行うことができるため、各種家電製品において乾電 池に代えて使用できるだけでなぐ被災地における電気を必要とする設備や機器の 稼動、又はライフジャケットや発信機に装備することにより山岳事故もしくは海難事故 の搜索においても有用である。
Claims
[1] 総重量の 88. 0-97. 7重量%が、マグネシウム、アルミニウム、ナトリウム及び鉄で 構成され、総重量の 1. 7〜8. 5重量%が、カルシウム、銅、リチウム、及びビスマスか らなる群力 選ばれる少なくとも 3種類以上の元素で構成され、総重量の 0. 6〜3. 5 重量%がニッケル、チタン及びタングステンで構成される、ことを特徴とする水発電用 合金。
[2] 59. 0〜86. 0重量0 /0のマグネシウムと、 10. 5〜15. 5重量0 /0のァノレミニゥムと、 0
. 2〜: L0. 0重量0 /0の金属ナトリウムと、 0. 2〜3. 0重量0 /0のリチウムと、 0. 3〜1. 6 重量%のニッケルと、 0. 2〜1. 3重量%のチタンと、 0. 1〜0. 6重量0 /0のタンダステ ンと、 1. 0〜3. 5重量0 /0の鉄と、 1. 0〜3. 5重量0 /0のカノレシゥムと、 0. 5〜2. 0重量
%の銅とを含む、ことを特徴とする請求項 1に記載の水発電用合金。
[3] 請求項 1に記載の合金で作製した負極部材と;正極充填材と;前記負極部材と前記 正極充填材とを隔離する吸水性のセパレータと;前記正極充填材において発生した 電荷を集める集電体と;少なくとも一面が前記セパレータの一部で構成されている発 電用の水を適宜注入するための水室と;を備えることを特徴とする水発電装置。
[4] 前記負極部材は、前記正極部材を充填するための円柱状又は多角形状の外筒で ある、ことを特徴とする請求項 3に記載の水発電装置。
[5] 前記負極部材は、絶縁材料で構成された円柱状又は多角形状の外筒中に充填さ れた前記正極充填材中に配置される板状、棒状、筒状及び多角柱状からなる群から 選ばれる形状の部材である、ことを特徴とする請求項 3に記載の水発電装置。
[6] 前記正極充填材は、アンモ-ゥムイオンとフッ素イオンとを含有する pH8〜: L 1の 35 〜50°Cの処理液で浸漬処理し、乾燥した活性炭である、ことを特徴とする請求項 3に 記載の水発電装置。
[7] 前記正極充填材は、所定量のリンゴ酸、レモン酸及びクェン酸力 なる群力 選ば れる 1種類の酸、所定量の銅粉及び二酸ィ匕マンガン、並びに所定量の塩ィ匕カルシゥ ム又は塩ィ匕ナトリウムを含有する活性炭である、ことを特徴とする請求項 3に記載の水 発電装置。
[8] 負極部材の断面と同じ形状と大きさとを有し、かつ保湿性を備える、前記正極充填
材を隔てるための隔壁用部材をさらに備える、ことを特徴とする請求項 3に記載の水 発電装置。
[9] 前記セパレータは、 2〜: LO mの厚みを有する、吸水性のシート状部材である、こ とを特徴とする請求項 8に記載の水発電装置。
[10] 前記セパレータは、その乾燥重量の 100〜200倍の吸水能を有する紙、布帛、不 織布及びこれらを積層して形成されるシート状素材からなる群から選ばれるいずれか のものである、ことを特徴とする請求項 9に記載の水発電装置。
[11] 前記セパレータは、前記負極端子側で折り曲げられて、前記正極充填材料を包む 底面を形成し、前記底面と開口部を有する水室形成用の環状部材との間に水室を 形成するか、又は前記負極部材を被覆するシート状部材と前記正極材料を包む底 面を形成するシート状部材とによって構成され、前記底面を介して前記正極部材が 水と持続的に接触する水室を形成する、ことを特徴とする請求項 3に記載の水発電 装置。
[12] 前記集電体は炭素棒である、ことを特徴とする請求項 3に記載の水発電装置。
[13] 請求項 1又は 2に記載の合金を負極部材とし、アンモ-ゥムイオンを含有する pH8 〜: L 1の 35〜50°Cの処理液で浸漬処理し、乾燥した後、フッ素水素酸で処理し、乾 燥した活性炭を正極充填材料とし、前記負極部材と前記正極充填材料とを吸水性の セパレータで隔離し、前記セパレータに吸水させて、前記正極充填材料を水と持続 的に接触させることによって電位差を発生させる、ことを特徴とする水発電方法。
[14] 請求項 1又は 2に記載の合金を負極部材とし、所定量のリンゴ酸、レモン酸及びク ェン酸力 なる群力 選ばれる少なくとも 1種類の酸、所定量の銅粉及び二酸化マン ガン、並びに所定量の塩ィ匕カルシウム又は塩ィ匕ナトリウムを含有する活性炭を正極 充填材料とし、前記負極部材と前記正極充填材料とを吸水性のセパレータで隔離し 、前記セパレータに吸水させて、前記正極充填材料を水と持続的に接触させることに よって電位差を発生させる、ことを特徴とする水発電方法。
[15] 前記セパレータは、前記負極部材を被覆し、その一方の側で折り曲げられて、前記 正極充填材料を包む底面を形成するか、又は前記負極部材を被覆するシート状部 材及び前記正極材料を包む底面を形成するシート状部材とから構成され、前記底面
を介して前記正極部材が水と持続的に接触する、ことを特徴とする請求項 13又は 14 に記載の水発電方法。
前記正極充填材中には、前記負極部材の断面と同じ形状と大きさとを有し、かつ保 湿性を備える隔壁用部材が設けられている、ことを特徴とする請求項 13又は 14に記 載の水発電方法。
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